北大医学研究生课程分子免疫学mhcppt课件

主要组织相容性复合体 MHC Majorhistocompatibilitycomplex 一 概念组织相容 不同个体间的组织的相容性MHC是受遗传控制的 代表个体特异性的主要组织抗原系统 参与器官移植排斥 免疫应答调控 除无颌类以外 所有脊椎动物都拥有MHC人的MHC通常称为HLA humanleukocyteantigen MHC的发现 20世纪40 50年代的研究确定 小鼠近交系之间皮肤移植物的排斥主要由定位在17号染色体上的H 2基因决定建立两个遗传背景不同的小鼠近交系 如A B两个品系 A与B杂交后代与亲本回交建立小鼠同类系 congenicmice 即除特定基因外遗传背景高度一致的近交系小鼠品系 通过后代小鼠能否接受某一亲本的皮肤移植物来确定组织相容性基因 histocompatibilitygenes 的染色体位置发现位于17号染色体的H 2 histocompatibility 2 基因是主要的控制移植排斥的基因H 2基因特点 在移植排斥中起主要作用 本身含多个功能相近的基因座位 形成一复合体 引入 主要组织相容性复合体 的概念 CONGENICMOUSESTRAINS StrainA StrainA B SelectedLocus Intra H2RecombinantCongenicMouseStrains StrainA StrainA B StrainA B R1 StrainA B R2 KISD StrainB H2 MHC是决定同种移植排斥的主要抗原 二 MHC基因及分子 人MHC HLA Humanleukocyteantigen 位于6号染色体短臂 共3400kb通过大规模基因测序 99年10月28日在Nature杂志报道了HLA全基因序列已发现在此区域有约224个基因 多数基因尚不知功能2004年增加延伸的 extended MHCI类和II类基因区 即xMHC区 约7 6Mb小鼠MHC H2 位于17号染色体狗MHC DLA 兔MHC RLA 人HLA复合体的结构 HumanxMHCGeneMap 传统上分为MHCI II III类基因 近年来倾向于分为以下两类 经典的MHCI II类 基因产物的主要生理功能是呈递抗原 多态性丰富 即通常所说的 MHC基因 免疫功能相关基因 传统的MHCIII类基因 非经典MHCI II基因 xMHC基因区主要两大基因簇 组蛋白基因簇和tRNA基因簇 分类 一 经典MHCI类和II类基因 小鼠H 2 定位于17号染色体 I类基因 K D L II类基因 Ab Aa Eb Ea 人HLA基因 定位于6号染色体 I类基因 B C A II类基因 DP DQ DR亚区 每个亚区由两个或两个以上基因座组成 分别编码分子量相近的 链和 链 二 HLA分子 1 HLAI类分子 链和 2微球蛋白 2 microglobin 组成的异源二聚体 链胞外有3个结构域 1 2 3 1 2组成抗原肽结合槽 所有有核细胞表达 2微球蛋白基因不在MHC基因区 人 2微球蛋白基因的位于15号染色体 小鼠在2号染色体 MHC与抗原形成复合物 2 HLAII类分子 分子量相似的 链和 链组成的异二聚体分子 1 1形成抗原肽结合槽 B DC M 等表达 HLAII类分子的结构 MHCclassI MHCclassII Cleftgeometry Peptideisheldinthecleftbynon covalentforces 三 免疫功能相关基因 一 血清补体成份编码基因 C4B C4A BF C2 二 抗原加工提呈相关基因 1 低分子量多肽基因 LMP2 LMP7 2 抗原加工相关转运体基因 TAP1 TAP2 3 TAP相关蛋白基因 4 HLA DM DO基因 三 非经典的I类基因 HLA E 杀伤细胞表面抑制性受体CD94 NKG2A CD94 NKG2C的配体 HLA G 杀伤细胞免疫球蛋白样受体KIR的配体 四 炎症相关基因 TNF家族 IkB基因 MICA B HSP70等 12 三 MHC基因的多态性现象 相关概念多态性 是指在一随机分配的群体中 染色体同一基因座位 或多态性标记位点 有两种以上基因型 复等位基因 位于一对同源染色体上对应位置的一对基因称为等位基因 在群体中占据某同源染色体同一座位的两个以上的 决定同一性状的基因 经典的MHCI类和MHCII类基因是基因组中多态性最丰富的基因某些MHCIII类基因也具有高度多态性 如Bf基因已检出20多种变异体MHC多态性能防止快速进化的病原微生物针对宿主的攻击 保护生物群体的生存 SomeMHCGenesareHighlyPolymorphic Adaptedfromhttp www ebi ac uk imgt hla Alleles ClassI ClassII HLA的复等位基因的命名 HLA的复等位基因的命名 HLA的复等位基因的命名 续 http www anthonynolan org uk research hlainformaticsgroup lists nomenclature of hla alleles htm L anallelewhichhasbeenshowntohave Low cellsurfaceexpressionwhencomparedtonormallevels S anallelespecifyingaproteinwhichisexpressedasasoluble Secreted moleculebutisnotpresentonthecellsurface C analleleproductwhichispresentinthe Cytoplasm butnotonthecellsurface A Aberrant expressionwherethereissomedoubtastowhetheraproteinisexpressed Q analleleis Questionable giventhatthemutationseenintheallelehaspreviouslybeenshowntoeffectnormalexpressionlevels PROTEINS HLA基因的多态性现象 与普通多态性基因的差别 典型MHC基因的多态性较普通的多态性基因复杂得多 如与ABO血型抗原基因比较 不同复等位基因间差异明显多态性变异较为集中于HLA分子与抗原肽结合部位的结构域 HLA DR 分子的多态性 四 MHC基因复合体遗传特征 单元型 haplotypes 遗传方式单元型 同一条染色体上紧密相连基因的组合HLA单元型 同一条染色体上不同HLA基因的组合 HLA基因在体细胞两条染色体上的组合称为基因型 某一个体HLA抗原特异性型别称为表型 共显性 一对等位基因的两个成员在杂合体中都表达的遗传现象 连锁不平衡 子女与父母有一半HLA相同子妹间1 4机率完全相同 1 2机率一半HLA相同 1 6 2 35 2 40 10 16 ab cd ac ad bc bd 1 6 2 40 1 6 10 16 2 35 2 40 2 35 10 16 MHC的共显性表达 MouseMHC 连锁不平衡 连锁 处于同一条染色体上的基因遗传时较多地联系在一起的现象基因频率 是指群体中携带某一等位基因的个体数目与携带该基因座位各等位基因个体数目总和的比例 假设两个基因座的两个等位基因 其频率分别是p1和p2 若它们之间的重组是随机的 其联合的频率 即单元型频率h是p1Xp2 这样的结果即为连锁平衡 如果h比预期的随机重组值高或者低 说明两个基因座存在连锁不平衡 HLA连锁不平衡举例 HLA连锁不平衡的可能起因 紧密连锁基因座的某些等位基因的组合使携带者具有选择优势 因而可以长期存在据推测传染病是维持其多态性和连锁不平衡的最重要选择力量 五 MHC结合的分子 MHCI类抗原结合抗原多肽 8 10个氨基酸 TCR CD8 杀伤细胞抑制性受体MHCII类抗原结合抗原多肽 13 18个氨基酸 TCR CD4 抗原肽往往带有两个或两个以上和MHC分子凹槽相结合的特定部位 锚定位 该位置上的氨基酸残基被称为锚定残基 AllelicVariationinMHCProteinsSurroundsPeptideBindingCleft Janewayetal Immunobiology 2001 六 MHC分子表达的调节 I类分子组成型表达于所有有核细胞表面 II类分子正常情况下只存在于B细胞 巨噬细胞 树突状细胞 内皮细胞等少数细胞类型转录水平的调节MHC分子的表观遗传学调控 MHC基因的甲基化状态在不同的组织中有所差异转录速度是MHC分子在细胞表面表达的重要决定因素各种MHC基因和分子的转录和表达同等地受到调节 如不位于MHC区域内的 2m和Ii分别与I类的 链和II类的 链协同地被调节细胞因子可调节I类和II类基因在多种细胞内的基本转录速度 这是T细胞应答的重要放大机制 如IFN 可提高MHC分子的表达 CIITA缺陷 裸淋巴细胞综合征 淋巴细胞和胸腺细胞缺乏MHCII类分子表达 CD4T细胞很少能发育成熟 即使有少量发育成熟 也得不到抗原的有效刺激患者出现SCID表型 IFNstimulatedresponseelement IFN activationsites ISGF 3 IFNstimulatedgenefactor 3 细胞因子可促进MHC基因在多种细胞表达 转录后的调节 泛素介导的MHC分子降解 IdentifiedE3sforMHCmolecules KSHVMIR1andMIR2caninhibitsurfaceexpressionofMHCclassI MHCI throughubiquitinationofthecytoplasmictailoftheMHCIheavychain thuspresumablyinhibitingrecognitionoftheinfectedcellbyviral specificcytotoxicTcells CTL ThismechanismisproposedtobeoneofstrategiesusedbyKSHVforimmuneevasion ThecellularMARCHs c MIR MARCH VIIIandMARCH I candownregulatethesurfaceexpressionofMHCclassII MHCII throughsimilarmechanisms BothE3subiquitinatethecytoplasmictailoftheMHCIIbchain Forcedexpressionofc MIR MARCH VIIIcaninhibitTcell dependentimmunity Ub ubiquitin RINGv RINGvariantdomain CurrentOpinioninImmunology2009 21 78 83 PossiblecontributionofMARCH Itoimmuneresponses Inthesteadystate MARCH I shownas E3 isconstitutivelyexpressedinAPCsandregulatestheexpressionofMHCIIthroughubiquitination mediatedlysosomaldegradation leftpanel OnceAPCsareactivatedbyinfection MARCH Iexpressionoritsenzymaticactivityisdownregulated andpathogen derivedpeptidesarepresentedbyMHCIIstabilizedowingtolossofubiquitination CurrentOpinioninImmunology2009 21 78 83 DifferentialdistributionofMHCmolecules CellactivationaffectsthelevelofMHCexpressionThepatternofexpressionreflectsthefunctionofMHCmolecules ClassIisinvolvedinanti viralimmuneresponsesClassIIinvolvedinactivationofothercellsoftheimmunesystem 七 MHC功能 介导T细胞的抗原识别T细胞在胸腺的分化调控NK细胞功能免疫应答的遗传控制 不同个体表现出差异性移植排斥与某些疾病具有关联关系MHCI类分子的非免疫功能MHCII类分子的非经典生物学功能 介导T细胞的抗原识别 MHCI类抗原介导内源性抗原的呈递MHCII类抗原介导外源性抗原的呈递交叉呈递 可引起交叉启动或交叉耐受 对于某些幼稚CD8 T细胞的活化 及T细胞发育的中枢耐受有重要作用MHCI类抗原介导外源性抗原的呈递MHCII类抗原介导内源性抗原的呈递 MHC限制 MHCrestriction Zinkernagel Doherty sexperment 蛋白酶体对内源性抗原的水解 通过TAP复合物转运至内质网 与MHCI类分子装配成复合物 转运至高尔基体 转运至细胞膜 NascentclassIMHCheavychainsand 2 microglobulinareassembledwithassistancefromnumerouschaperones a TheMHCheterodimeristhenrecruitedintotheTAP containingPLCviainteractionswithtapasin b Peptidesgeneratedbyubiquitin proteasome mediatedproteinturnover c somesubsequentlytrimmedbycytosolicpeptidases aretransportedbyTAPfromthecytosolintotheERlumen d ThesepeptidesareboundbyclassIMHC someafterfurthertrimmingintheERbyERAP causingthefullyfoldedclassIMHC peptidecomplexestoshedER associatedchaperones e Thepeptide MHCmoleculesmigratetothecellsurface fandg wheretheyarescannedbyCD8 Tcells TheclassIassemblypathwayandformationofpeptideloadingcomplex PLC CurrentOpinioninImmunology2008 20 75 81 AmodelofpeptidetransportbeginswithTAPinaninward cytosol facingconformationwiththeNBDs nucleotide bindingdomains open Apeptidebindsacytosol facingcavityformedbytheTMDs transmembranedomains causingaconformationalchangethatistransmittedtotheNBDs ThisconformationalchangepermitsATP dependentNBDclosure perhapsbyfacilitatingexchangeofADPonTAP2forATP AstheNBDsclose thepeptide bindingcavityclosestothecytosolandopenstotheERlumen creatingtheclosed outward facingconformationofTAP Peptideaffinityismarkedlyreducedinthisconformation andthepeptideishencereleasedintotheER ATPhydrolysisintheconsensusATPasesiteissufficienttodestabilizetheclosedNBDs hydrolysismayalsooccurinthedegenerateATPasesite butthisisnotessential whichre opentogeneratetherestingconformation CurrentOpinioninImmunology2009 21 84 91 TAP1和TAP2 抗原处理相关的转运蛋白 transporterassociatedwithantigenprocessing 属于膜转运蛋白质 含有6 10个疏水性穿膜区 形成异源双聚体 可将抗原多肽从胞浆转运至内质网部分肿瘤细胞TAP1表达下降 TAP1基因导入治疗小细胞肺癌TAP1和TAP2基因突变可引起MHCI类分子缺陷 患者常患呼吸道细菌性感染而不是病毒感染 LMP2和LMP7 lowmolecularweightprotein 蛋白酶体 Proteasome 的主要活性成分 可水解抗原分子 使其成为小分子多肽 钙连接蛋白 Calnexin 分子伴侣 在内质网与MHCI类分子结合 形成稳定复合物 外源性抗原被内吞 在内体 Endosome 和溶酶体被变性 水解成多肽 MHCII类分子合成后与Ii分子形成3聚体 在内质体和溶酶体内被蛋白酶水解形成MHCII和CLIP复合物 HLA DM催化CLIP从MHC解离 促进MHCII类分子与抗原多肽形成复合物 转运至细胞膜 MHCclassIIcompartment MIIC MHCII类小室 一种富含MHCII类分子的溶酶体样细胞器 SchematicrepresentationofMIICs InprofessionalAPCs bothmultivesicular MVB andmultilamellar MLB MIICshavebeendescribed Theopen emptyconformationofHLA DR red hasonlybeenobservedintheMLBtype HLA DM green isexpressedinbothcompartments albeitparticularlyabundantinMLB ThecarboxyandaminoterminalsofinvariantchainsarestillevidentinMVBswhereasaremostlyprocessedinMLBs Electrondensebodies EDBs arelysosomal likeMIICs andhavebeenobservedinhumanmonocytesandinGM CSFdifferentiatedmonocytes CurrentOpinioninImmunology2006 18 64 69 Ii Invariantchain 非多态性的分子伴侣 Chaperone 与MHCII类抗原形成复合物 参与MHCII类抗原的装配和转运 防止II类分子复合物到达内体前 肽与肽结合槽结合引导II类分子复合物进入内体抑制蛋白酶水解CLIP ClassIIassociatedIipeptide Ii结合MHCII类抗原的活性片段 HLA DM 低多态性的MHC样蛋白质 双体结构 能够催化CLIP分子与MHCII类分子解离 有利于抗原多肽与MHCII类分子形成复合物 非典型MHCII类分子位于内体 溶酶体HLA DO 低多态性的MHC样蛋白质 双体结构 在B细胞中与HLA DM形成复合物 参与催化CLIP分子与MHCII类分子解离 PotentialmechanismsofcrosspresentationofMHCI a Thevacuolarpathway MHCclassImoleculessamplepeptidesthataregeneratedinphagosomesinaTAP independentmanner b Phagosome to cytosol to phagosomepathway PhagosomesacquireMHCclassI TAP Sec61andotherERmoleculesthroughfusionwiththeER Internalizedantigenisexported possiblybySec61 tothecytosol hydrolyzedbyproteasomesandtheresultingpeptidesarethenre importedintophagosomesbyTAP wheretheybindMHCclassImolecules c Phagosome to cytosolpathway Antigeninternalizedintophagosomesisexportedtothecytosol hydrolyzedbyproteasomesandtheresultingpeptidesarethentransportedtoMHCclassImoleculesintheERbyTAP d GAPjunctionpathway APCsacquirepeptidesfromothercellsthroughGAPjunctions e Endosome to ERpathway AntigeninendosomesistransportedintotheERandthendegradedinthecytosolbytheERassociateddegradationpathway ERAD TheresultingpeptidesaretransportedtoclassImoleculesintheERbyTAP CurrentOpinioninImmunology2006 18 85 91 ArmedeffectorCD8 TcellsinstructedbyDCsthroughcross primingkillviralinfectedcellsintheperiphery CurrentOpinioninImmunology2010 22 94 108 MHCII类分子处理及呈递抗原的可能途径 a 经典的内吞途径 b 通过微自噬处理胞浆可溶性组分 c 通过大自噬处理胞质组分 d 通过分子伴侣介导的自噬处理胞内组分 AutophagyassistsantigenprocessingonMHCclassIandclassIImolecules a MacroautophagydeliverscytosolicantigenstoMHCclassIIloadingcompartments MIIC forlysosomaldegradationandpresentationtoCD4 Tcells b Chaperone mediatedautophagymightdelivercytosolicantigensdirectlyintoMIICsforloadingandpresentationonMHCclassIImolecules c Macroautophagyassistsendosomefusionwithlysosomes possiblyviarecruitingautophagosomestoendosomes Thisdeliversendosomalcargomoreefficientlyforlysosomaldegradation possiblyenhancingMHCclassIIpresentation d Theremightbealsoapathway bywhichantigencanleaveautophagosomesforproteasomaldegradationinthecytosol followedbyloadingandpresentationonMHCclassImolecules e MacroautophagyseemsrequiredintheantigendonorcellforefficientcrosspresentationonMHCclassImolecules possiblybyassistingexosomegenerationafterautophagicdeliveryofantigenstomultivesicularbodies MVB CurrentOpinioninImmunology2010 22 89 93 介导T细胞在胸腺的分化 阳性选择 胸腺深皮质区双阳性细胞 胸腺皮质上皮细胞与上皮细胞表面MHC 肽有效结合的双阳性细胞继续发育为单阳性细胞 CD4 或CD8 未与上皮细胞表面MHC 肽有效结合的双阳性细胞发生程序性细胞死亡 大部分 阳性选择保证T细胞获得在识别中的自身MHC限制性 单阳性T细胞的产生 阴性选择 胸腺皮质髓质交界处双或单阳性细胞 胸腺巨噬细胞 树突状细胞与胸腺巨噬细胞 树突状细胞表面MHC 肽高亲和力结合的细胞 克隆清除 克隆无能与胸腺巨噬细胞 树突状细胞表面MHC 肽中 低亲和力结合及不结合的细胞 成熟T细胞离开胸腺阴性选择保证了T细胞对自身抗原的耐受性 MHC的调控NK细胞功能 Figure3 23 TheseareimportantmoleculesforpresentationofpeptidestoCD8Tcells NKG2D NK T表达 与含ITAM的DAP 10结合 介导杀伤 结合MHCI类链相关的A B分子 MICA B MICA B表达于乳腺癌等上皮肿瘤表面 正常细胞缺失 NK识别非HLA I类分子的杀伤活化受体 MICArecognition Stress 免疫应答的遗传控制 Populationthreatenedwi